Lehrplan
Ministerium für Bildung und Kultur Trierer Straße 33
66111 Saarbrücken
Saarbrücken, Juli 2020
Hinweis:
Der Lehrplan ist online verfügbar unter www.bildungsserver.saarland.de
ANTRIEBSTECHNIK
Fachschule für Technik
Fachrichtung Kraftfahrzeugtechnik
Einleitende Hinweise
Dem vorliegenden Lehrplan im Fach Antriebstechnik in der Fachschule für Technik, Fachrichtung Kraftfahrzeugtechnik liegt die Verordnung – Schul- und Prüfungsord- nung – über die Ausbildung und Prüfung an Fachschulen für Technik (APO-T) vom 11.
Juni 2003 i.d.F. vom 8. Juli 2020 zu Grunde.
Als Schulform folgt die Fachschule für Technik der KMK-Rahmenvereinbarung über Fachschulen, Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 7. November 2002 i.d.F.
vom 22. März 2019.
Durch die Neugestaltung des Bildungsgangs in der Fachschule für Technik, Fachrich- tung Kraftfahrzeugtechnik, Schwerpunkt Alternative Antriebe wird der Entwicklung alternativer Antriebskonzepte als zentraler Baustein eines nachhaltigen Mobilitätskon- zeptes bei stetig steigender Verkehrsleistung Rechnung getragen. Die Stundentafel in dem Bildungsgang wurde entsprechend angepasst und die Lehrpläne einzelner Fä- cher wurden überarbeitet bzw. neu gestaltet.
Durch den Unterricht im Fach Antriebstechnik erhalten die Schülerinnen und Schüler einen vertieften technischen Einblick in die Konzepte zum Antrieb von Kraftfahrzeu- gen, die sich hinsichtlich der Energieart und konstruktiver Lösungen von konventionel- len Antriebstechniken unterscheiden. Im Kontext von Umwelt- und Ressourcenscho- nung werden Kenntnisse über Funktionsweise und Auslegung von Hybridantrieben, rein elektrischen Antrieben sowie über die konstruktiven Erfordernisse für die Ver- wendung von alternativen Kraftstoffen in herkömmlichen Verbrennungskraftmaschi- nen vermittelt.
Im Sinne des Erwerbs einer erweiterten beruflichen Handlungskompetenz nimmt die Förderung der Fachkompetenz in der Fachschule für Kraftfahrzeugtechnik einen be- sonderen Stellenwert ein. Die zu vermittelnden Lerninhalte bauen auf einer einschlä- gigen berufsschulischen Ausbildung auf. Die rasche technische Entwicklung in Ver- bindung mit dem schnellen Wandel normativer Vorgaben erfordern von den Schüle- rinnen und Schülern ein hohes Maß an Flexibilität und die Fähigkeit, eigenverantwort- lich zu lernen.
Auf nachfolgende formale Vorgaben wird verwiesen:
• Der Lehrplan ist in fünf Lerngebiete unterteilt. Eine generalisierende Beschrei- bung der Kernkompetenz am Ende des Lernprozesses ist jedem Lerngebiet vo- rangestellt. Diese wird durch weitere Kompetenzbeschreibungen präzisiert, denen Lerninhalte an separater Stelle zugeordnet sind. Die im Lehrplan for- mulierten Kompetenzen bieten Freiräume, die eine zeitnahe Einbindung neuer Technologien in den Unterrichtsprozess ermöglichen.
Übersicht über die Lerngebiete
Grundstufe Lfd.
Nr. Lerngebiet Zeitrichtwert
(UStd.*) 1 Klassifizierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen 20
2 Elektrische Antriebstechnik 70
3 Elektrische Energiespeicher und -erzeugung 30
Gesamtstunden 120
Fachstufe Lfd.
Nr. Lerngebiet Zeitrichtwert
(UStd.*)
4 Verbrennungskraftmaschinen 100
5 Alternative Energieträger 20
Gesamtstunden 120
* Zeitrichtwert i. S. eines Vorschlags
Lerngebiet 1: Klassifizierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen Zeitrichtwert: 20 Unterrichtsstunden
Die Schülerinnen und Schüler klassifizieren Hybridfahrzeuge sowohl im Hin- blick auf deren Systemstruktur, den Anteil der elektrischen Leistung als auch deren Energieversorgung.
In Bezug auf die charakteristischen Merkmale eines Hybridantriebes analysieren die Schülerinnen und Schüler aktuell verfügbare Serienmodelle sowie in der Entwick- lung befindliche Prototypen hinsichtlich ihrer technischen Unterschiede und bewer- ten diese hinsichtlich der erzielbaren Reichweiten, deren Marktakzeptanz und den gesetzlichen Rahmenbedingungen.
Sie erläutern den grundlegenden Aufbau elektrischer Antriebe in der Fahrzeugtech- nik, beschreiben deren Vor- und Nachteile und begründen die notwendige Infra- struktur in Abhängigkeit vom Verbreitungsgrad.
Lerninhalte
Merkmale: Serieller/Paralleler/Misch-Hybrid, Mikro-/Mild-/Voll-Hybrid, Range Extender, Plug-in-Hybrid, Leistungsverzweigung, Start-Stopp-Funktion, Rekupe- ration, Boost
Gesetzliche Rahmenbedingungen: aktuell gültige Normen, Vorschriften, Richtli- nien (z. B. 2014/94/EU, UN-R100.01)
Elektrische Fahrzeugantriebe: Eigenschaften, Antriebsstrukturen, Ladesäulenver- ordnung, Qualifizierungsstufen für Arbeiten an HV-Fahrzeugen
Lerngebiet 2: Elektrische Antriebstechnik Zeitrichtwert: 70 Unterrichtsstunden
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Grundlagen der elektrischen Energiewandlung, der Energieübertragung im Sinne eines elektrischen Antrie- bes. Sie erläutern den Aufbau und die Funktion der Komponenten elektrifizierter Antriebsstränge.
Die Schülerinnen und Schüler erklären die physikalischen Grundlagen zur Wand- lung zwischen elektrischer Energie und Drehmoment in Fahrzeugantrieben.
Sie differenzieren die verschiedenen Arten von rotierenden elektrischen Maschinen bezüglich Funktion, Aufbau und ihren Arbeitskennlinien.
Sie stellen den Aufbau und die Funktionsweise von Leistungselektroniken als zent- rale Regeleinheit von Wechselstrommaschinen mit Hilfe von Blockschaltbildern, Diagrammen und Gleichungen dar. Sie erkennen die Grenzen von den verschiede- nen Antriebsmaschinen im Hinblick auf Regelqualität, Aufwand und Energieeffizienz Sie wenden ihr Wissen bei der Bewertung von Gesamtantriebssträngen in Bezug auf deren Gesamtwirkungsgrad an. Dabei berücksichtigen Sie jeweils auch die wirt- schaftliche und anwendungsbezogenen Rahmenbedingungen wie Beispielsweise die Fahrzeugklasse, Design, Packaging, Gewicht und typische Nutzungsszenarien.
Lerninhalte
Grundlagen: Elektromagnetismus, Lorentzkraft, Reluktanz, Hochspannungsbord- netz, Drehstrom, Drehfeld
Rotierende elektrische Maschinen: Servoprinzip, Vierquadrantenbetrieb, Gleich- strommaschinen (Permanenterregung, Reihen-, Neben,-Doppelschlussmotoren), Wechselstrommaschinen (Synchron- /Asynchronmaschine, Dreh-/ Impulsstrom- maschine, Reluktanzmotor)
Regelung elektrischer Antriebe: Wechselrichtung, Drehmomentregelung bei Syn- chron- und Asynchronmaschinen, Leistungselektronik als Stellglied, Strom und Spannungsbegrenzung bei Wechselrichtern, Overboost, Thermomanagement, Drehzahl-Drehmomentdiagramm, Raumzeigermodell
Energieeffizienz: Wirkungsgradkette des Antriebsstrangs, Antriebsstrangtopolo- gien (Zentralmotor mit/ohne Getriebe und Differenzial, Achsantriebe mit Diffe- rential, Radantriebe mit Getriebe, Radnabenmotoren)
Lerngebiet 3: Elektrische Energiespeicherung und -erzeugung Zeitrichtwert: 30 Unterrichtsstunden
Die Schülerinnen und Schüler bewerten die Speicherung und Erzeugung elektri- scher Energie an Bord von Kraftfahrzeugen im Hinblick auf Effizienz bzw. Nach- haltigkeit und analysieren konstruktive Voraussetzungen für deren Verwendung in alternativen Antriebskonzepten.
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau und die Funktionsweise mobiler elektrischer Energiespeicher und erläutern deren Vor- und Nachteile im Hinblick auf elektrotechnische, ökonomische und ökologische Aspekte.
Sie erläutern das Funktionsprinzip von Hochleistungskondensatoren und bewerten deren Einsatz als Energiepuffer in Elektro- und Hybridfahrzeugen zur Erhöhung der Lebensdauer von Fahrzeugbatterien.
Sie analysieren marktübliche Ladeverfahren für batteriebetriebene Fahrzeuge und beschreiben die notwendige Ladeinfrastruktur.
Sie erläutern den grundlegenden Aufbau einer Brennstoffzelle, unterscheiden marktgängige Brennstoffzellentypen und bewerten deren Einsatz als Energiewand- ler im Kraftfahrzeug.
Lerninhalte
Mobile elektrische Energiespeicher: Anforderungen und Kennwerte (Leistungs- dichte, Kapazität), Elektrodentypen und Elektrolytarten in Batteriezellen, Baufor- men von Batteriezellen und Aufbau einer Fahrzeugbatterie, Überwachung, Rege- lung und Schutz von Fahrzeugbatterien (BMS), Zyklenfestigkeit
Hochleistungskondensatoren: Bauformen, Konstruktionsmerkmale, elektrische Eigenschaften, Energie- und Leistungsdichte
Ladeverfahren: Normen und Richtlinien, Ladebetriebsarten, AC-Laden, DC-Laden, kombiniertes Ladesystem, induktives Laden, Schnittstellen Fahrzeug und Lade- einrichtung
Brennstoffzellen: Reaktionskomponenten, Reaktionsprodukt, Aufbau einer Poly- mer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle, Komponenten eines brennstoffzellen- basierten Fahrzeugantriebs
Lerngebiet 4: Verbrennungskraftmaschinen Zeitrichtwert: 100 Unterrichtsstunden
Die Schülerinnen und Schüler führen Berechnungen zur Auslegung von Hub- kolbenmotoren durch, analysieren aktuelle Otto- und Dieselmana- gementsysteme und bewerten diese im Hinblick auf ihre Umwelt- verträglichkeit.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die mechanischen Grundlagen von Hubkolbenmotoren und führen Berechnungen durch.
Sie nehmen Hubkolbenmotoren als offene thermodynamische Systeme mit inne- rer Wärmezufuhr wahr und berechnen zugehörige Größen.
Sie berechnen die wesentlichen Kenndaten des Hubkolbenmotors und beurteilen ihren Einfluss auf den Wirkungsgrad.
Sie erläutern Verfahren zur Leistungssteigerung und Optimierung von Hubkolben- motoren und analysieren deren Potentiale.
Sie vergleichen Aufbau und Funktionsweise verschiedener Motorkühlsysteme und beurteilen ihren Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad.
Sie analysieren marktübliche Gemischbildungssysteme für Ottomotoren und erklä- ren Aufbau und Funktion der systemrelevanten Sensoren und Aktoren.
Sie erläutern die Gemischbildung bei Dieselmotoren und bewerten den Einfluss von Einspritzdruck, Verbrennungsdruck und Verbrennungstemperatur auf die Schadstoffbildung.
Sie erklären die Eigenschaften der Schadstoffe im Abgas, analysieren deren Ein- fluss auf Umwelt und Menschen und geben die verschiedenen gesetzlichen Grenzwerte an. Sie beschreiben den Aufbau und die Funktionsweise gängiger Ab- gasnachbehandlungssysteme und begründen deren Notwendigkeit für eine um- weltgerechte Mobilität. Sie reflektieren die Chancen und Grenzen der Weiterent- wicklung dieser Technologie.
Sie analysieren Schaltpläne und verwenden sie zur Fehlerdiagnose. Sie entwickeln Teilschaltpläne zur Systemoptimierung und Konzipierung von Ersatzsystemen.
Lerninhalte
Mechanische Grundlagen des Hubkolbenmotors: Drehkraftdiagramm, Ungleich- förmigkeitsgrad, Massenausgleich an Mehrzylindermotoren, Torsions- schwingungen, Kräfte am Kurbeltrieb, Kolbenweg, Kolbengeschwindigkeit und Kolbenbeschleunigung
Thermodynamische Grundlagen: Gleichraum-, Gleichdruck und Seiliger-Ver- gleichsprozess, Innen-, Nutz- und Hubraumleistung, mittlerer effektiver Kolben- druck
Motorkenndaten: Kennlinien, Verdichtungsänderung, Steuerzeiten, Luftverhält- nis, Liefergrad
Leistungssteigerung und Optimierung: variable Motorsteuerungen, Verfahren der Selbst- und Fremdaufladung
Motorkühlung: Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Wärmeströmung, Innen- und Außenkühlung, Kältemittelkühlung, Verlustwärme
Gemischbildung Ottomotor: Saugrohr- und Direkteinspritzungssysteme, Sen- sor- und Aktorausrüstung, Betriebsmodi, Kennfelder, vollelektronische Zün- dung, Klopfregelung, Zündspulen und –kerzen, Zündsysteme für magere Gemi- sche
Gemischbildung Dieselmotor: DI-Speichereinspritzung, Hoch- und Niederdruck- kreis, Sensor- und Aktorausrüstung, Druckregelung, Gemischbildung und Ver- brennungsablauf, Stickoxid- und Rußpartikelbildung, Starthilfseinrichtungen
Abgasnachbehandlung: Schadstoffe, Dreiwegekatalysator, Dieselpartikelfilter, SCR-Katalysator, Lambdasonden, Stickoxidsensor, Differenzdrucksensor, AGR- Ventil, EOBD
Fehlerdiagnose: Elektrische Schaltpläne, Blockschaltbilder und Systemdar- stellungen
Lerngebiet 5: Alternative Energieträger Zeitrichtwert: 20 Unterrichtsstunden
Die Schülerinnen und Schüler identifizieren regenerative Energieträger, erläu- tern die technologischen Herstellungs- bzw. Umwandlungsverfahren für den Einsatz in Kraftfahrzeugen und bewerten deren Verfügbarkeit und CO2-Bilanz.
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen kohlenwasserstoff-, alko- hol-, öl- und dimethyläther-basierten alternativen Kraftstoffen.
Sie klassifizieren die Kraftstoffe hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften.
Sie beschreiben die notwendigen konstruktiven Anpassungen für die Speicherung und die Gemischbildung an Bord von Kraftfahrzeugen und bewerten deren direk- ten Einfluss auf die Kenngrößen eines Hubkolbenmotors.
Sie bewerten die Nutzung dieser Kraftstoffe im Hinblick auf deren Verfügbarkeit bzw. Ressourcen und Umweltverträglichkeit.
Lerninhalte:
Alternative Kraftstoffe: Herstellungs-/Umwandlungsverfahren von Erdgas, Au- togas, Methanol, Ethanol, Rapsölmethylesther, Dimethyläther, Wasserstoff
Eigenschaften: Dichte, molekulare Struktur, Viskosität, Heizwert, stöchiome- trischer Luftbedarf, Klopffestigkeit, Zündwilligkeit
Konstruktive Anpassungen: Bauweisen von Gemischbildungssystemen, Kraft- stoffspeicherungstechniken, spezifische Brennverfahren, Einflüsse auf Motor- kennwerte, bivalenter Betrieb
Eignung als Kraftstoff: CO2-und Ökobilanz, Tank to Whell und Well to Wheel Betrachtungen
